工程教育認(rèn)證背景下的數(shù)字電路實驗教學(xué)改革探討

涂文元

(閩江學(xué)院物理學(xué)與電子信息工程系,福建 福州 350108)

工程教育認(rèn)證背景下的數(shù)字電路實驗教學(xué)改革探討

涂文元

(閩江學(xué)院物理學(xué)與電子信息工程系,福建 福州 350108)

數(shù)字電路實驗教學(xué)是電子信息類專業(yè)的重要實踐環(huán)節(jié),它在培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力方面有著不可替代的作用.結(jié)合工程教育認(rèn)證的要求,闡述了實驗教學(xué)內(nèi)容、實驗手段和實驗考核3方面的改革方案,以探索提高學(xué)生工程實踐能力的新途徑.

工程教育認(rèn)證;數(shù)字電路實驗;教學(xué)改革;工程實踐能力

1 背景闡述

工程教育專業(yè)認(rèn)證是以培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求為導(dǎo)向進(jìn)行的合格性評價,是國際通行的工程教育質(zhì)量保障制度[1].培養(yǎng)目標(biāo)是對該專業(yè)畢業(yè)生在畢業(yè)后5年左右能夠達(dá)到的職業(yè)和專業(yè)成就的總體描述;畢業(yè)要求是對學(xué)生畢業(yè)時應(yīng)該掌握的知識和能力的具體描述,包括學(xué)生通過本專業(yè)學(xué)習(xí)所掌握的知識、技能和素養(yǎng).新版的《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》突出了本科階段工科教育對"解決復(fù)雜工程問題"的要求,詳細(xì)界定了"復(fù)雜工程問題"的若干重要特征,突出各項能力的指向是解決"復(fù)雜工程問題",而非一般性問題.

2 改革數(shù)字電路實驗教學(xué),培養(yǎng)工程實踐能力

2.1 改革的必要性

《數(shù)字電路》課程是電子信息類專業(yè)中一門重要的基礎(chǔ)課,它是后續(xù)EDA技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)等應(yīng)用性課程的基礎(chǔ),包含了較多的工程基礎(chǔ)知識,在認(rèn)證中占有較大的比例.該課程的工程應(yīng)用主要體現(xiàn)在實驗課程中,因此,必須將認(rèn)證的基本理念應(yīng)用于《數(shù)字電路實驗》的教學(xué)改革中,以達(dá)到工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求,提高畢業(yè)生解決復(fù)雜工程問題的能力.受專業(yè)總學(xué)時的限制,給數(shù)字電路實驗安排的學(xué)時一般不多,大部分高校都在12課時左右,要在課時很少的情況下通過5次左右的實驗培養(yǎng)學(xué)生一定的工程實踐能力,進(jìn)行實驗改革是很有必要的.

2.2 構(gòu)建多層次實驗內(nèi)容體系

物理學(xué)與電子信息工程系電子信息類專業(yè)數(shù)字電路實驗學(xué)時數(shù)為12學(xué)時,具體知識點學(xué)時安排如表1所示,實驗一為驗證性實驗,實驗二、實驗三、實驗四為設(shè)計性實驗,實驗五為綜合性實驗,分為3個層次.在實際工作中,先通過一個驗證性實驗讓學(xué)生掌握實驗儀器、設(shè)備和器件的使用;然后通過3個設(shè)計性實驗讓學(xué)生掌握常用的中規(guī)模集成芯片的使用,同時,培養(yǎng)學(xué)生對于簡單電路的設(shè)計能力;最后一個為綜合性實驗,該實驗是對《數(shù)字電路》課程中組合邏輯電路、時序邏輯電路和555定時器的綜合考核,完成該實驗即為對《數(shù)字電路》課程的系統(tǒng)掌握.

從表1中可以看出,在數(shù)字電路實驗中加大了設(shè)計性和綜合性實驗的比例.設(shè)計性實驗主要以中規(guī)模集成芯片,比如門電路、譯碼器和計數(shù)器為基礎(chǔ),實現(xiàn)對某一特定功能電路的設(shè)計.具體做法是,先給出實際問題、實驗室提供所需的集成芯片目錄,學(xué)生先根據(jù)實際問題設(shè)計出電路原理圖,并根據(jù)所提供的器件,在實驗箱上完成電路連接和調(diào)試.通過3個設(shè)計性實驗初步培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計電路的工程實踐能力.在綜合性實驗中,可以引進(jìn)電子設(shè)計競賽模式,開設(shè)具有一定綜合性和工程背景的實驗項目,供學(xué)生選做.學(xué)生3人一組組隊參與實驗,在規(guī)定時間內(nèi)完成電路設(shè)計、仿真、連線、調(diào)試、參數(shù)測量、撰寫實驗報告等環(huán)節(jié)的工作,目的是培養(yǎng)學(xué)生解決較為復(fù)雜工程問題的能力.

2.3 在實驗教學(xué)中充分融入EDA技術(shù)

隨著可編程邏輯器件技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字電路實驗的手段也不斷更新和改進(jìn).在傳統(tǒng)實驗中,電路連接和調(diào)試過程存在很多缺陷,為了使學(xué)生能夠緊跟時代,掌握新器件、新技術(shù),學(xué)校應(yīng)積極開展EDA技術(shù)教學(xué),充分利用EDA工具分析、完善實驗方案,提高實驗效率和成功率.在實驗設(shè)計環(huán)節(jié),學(xué)生要盡可能多地了解數(shù)字電路領(lǐng)域的新概念、新技術(shù)和新方法,接受相關(guān)工程實踐訓(xùn)練,啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識,培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力.例如,在開設(shè)數(shù)字電子鐘、交通燈和數(shù)字頻率計等綜合性實驗項目時,可要求學(xué)生采用可編程邏輯器件設(shè)計電路.學(xué)生在接受設(shè)計任務(wù)后,要先形成設(shè)計思想,構(gòu)思設(shè)計方案,然后在Altera公司的開發(fā)工具QuartusII環(huán)境下,通過VHDL語言文本輸入或者電路原理圖輸入的方式來完成設(shè)計輸入,接著在軟件里進(jìn)行功能仿真,通過功能仿真驗證設(shè)計方案的正確性,最后在EDA實驗開發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行下載驗證.通過該綜合性實驗的訓(xùn)練,學(xué)生既掌握了數(shù)字電路的基本知識,又掌握了可編程邏輯器件的設(shè)計方法,實現(xiàn)了與現(xiàn)代電子設(shè)計技術(shù)的有機(jī)結(jié)合.

3 加強(qiáng)實驗管理和實驗評價

3.1 加強(qiáng)實驗預(yù)習(xí)

針對以往學(xué)生實驗前不預(yù)習(xí)、到實驗室后盲目實驗的情況,教師必須強(qiáng)化實驗預(yù)習(xí)工作,要求學(xué)生在到實驗室前先對電路進(jìn)行理論分析和計算機(jī)仿真,并將這個過程體現(xiàn)在實驗預(yù)習(xí)報告中.對于設(shè)計性和綜合性實驗,還要預(yù)先設(shè)計好電路,畫出電路原理圖,在Mutisim10.0仿真環(huán)境下仿真,得到正確的仿真結(jié)果.在每次實驗前,指導(dǎo)教師要檢查學(xué)生的預(yù)習(xí)情況,并進(jìn)行預(yù)習(xí)評分,沒完成預(yù)習(xí)要求的取消該次實驗資格.

3.2 加強(qiáng)實驗過程指導(dǎo)與評價

在實驗指導(dǎo)過程中,指導(dǎo)教師只起引導(dǎo)作用,學(xué)生在實驗過程中有可能碰到各種問題,指導(dǎo)教師只引導(dǎo)學(xué)生去尋找問題出現(xiàn)的原因,以及碰到具體問題時解決問題的思路、方向和方法,問題由學(xué)生自己思考解決,以充分發(fā)揮他們的主動性,增強(qiáng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力.另一方面,在指導(dǎo)過程中,指導(dǎo)教師要及時記錄每個學(xué)生動手能力、排除故障能力等方面的內(nèi)容,并據(jù)此來完成學(xué)生實驗成績的評定.成績評定時應(yīng)注重操作過程,淡化實驗結(jié)果.

4 結(jié)束語

《數(shù)字電路》課程是電子信息類專業(yè)的重要基礎(chǔ)課,加強(qiáng)對該課程工程實踐能力的培養(yǎng)主要體現(xiàn)在實驗課程中.實驗改革要在工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求下持續(xù)改進(jìn),緊跟著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展,引入現(xiàn)代電子設(shè)計技術(shù)中的一些新方法、新技術(shù)和新手段.

[1]李智慧,張慶輝,張德賢,等.工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下電子類專業(yè)學(xué)生實踐能力培養(yǎng)導(dǎo)向研究[J].課程教育研究,2015(12):227.

〔編輯:白潔〕

G642.4

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.22.133

2095-6835(2017)22-0133-02